Сверь числа и знаки с фото.
Самостоятельная работа «Механические и электромагнитные волны». 11 класс
- Скорость звука в воде 1450 м/с. На каком расстоянии находятся ближайшие точки, совершающие колебания в противофазах, если частота колебаний равна 725 Гц?
- Приёмный контур состоит из катушки индуктивностью 2 мкГн и из конденсатора ёмкостью 1800 пФ. На какую длину волны рассчитан контур?
- Радиолокатор работает на длине волны 15 см и даёт 4000 импульсов в секунду. Длительность каждого импульса 2 мкс. Сколько колебаний содержится в каждом импульсе и какова наибольшая глубина разведки локатором?
- Волны распространяются со скоростью 360 м/с при частоте, равной 450 Гц. Чему равна разность фаз двух точек, отстоящих друг от друга на 200 см?
- Рыболов заметил, что за 20 с поплавок совершил на волнах 30 колебаний, а расстояние между соседними гребнями волны 1,8 м. Какова скорость распространения волны?
- Сколько колебаний происходит в электромагнитной волне с длиной волны 300 м за время, равное периоду звуковых колебаний с частотой 2000 Гц?
- Максимальная напряжённость электрического поля в электромагнитной волне по санитарным нормам не должна превышать 5 В/м. Найти допустимую плотность потока электромагнитного излучения.
- Сила тока в открытом колебательном контуре изменяется в зависимости от времени по закону: \(i = 0{,}3\cos(4\cdot10^{5}\pi t)\). Найти длину излучаемой волны.
- Волны распространяются со скоростью 360 м/с при частоте, равной 450 Гц. Чему равна разность фаз двух точек, отстоящих друг от друга на 200 см?
- На поверхности воды распространяется волна со скоростью 2,4 м/с при частоте колебаний 2 Гц. Какова разность фаз в точках, лежащих на одном луче и отстоящих друг от друга на 140 см?
Краткие ответы
- 1 м
- ≈ 113 м
- 4000 колебаний; 37,5 км
- и 9. \(5\pi\) рад (то же, что \(\pi\) — точки в противофазе); в работе эти два задания совпадают
- 2,7 м/с
- 500 колебаний
- ≈ \(3{,}3\cdot10^{-2}\) Вт/м²
- 1500 м
- \(7\pi/3\) рад (эквивалентно \(\pi/3\), то есть 60°)
Ключевые шаги (дано — СИ — найти — решение)
1. Противофаза Дано: \(v=1450\) м/с, \(\nu=725\) Гц. СИ: всё уже в СИ. Найти: \(\Delta x\). \[\lambda=\frac{v}{\nu}=\frac{1450}{725}=2\ \text{м}\] Соседние точки в противофазах отстоят на полволны: \(\Delta x=\lambda/2=1\) м.
2. Контур Дано: \(L=2\) мкГн \(=2\cdot10^{-6}\) Гн, \(C=1800\) пФ \(=1{,}8\cdot10^{-9}\) Ф. Найти: \(\lambda\). \[T=2\pi\sqrt{LC},\qquad \lambda=cT\] \(LC=3{,}6\cdot10^{-15}\ \text{с}^2\), \(\sqrt{LC}=6\cdot10^{-8}\) с, \(T=2\pi\cdot6\cdot10^{-8}\approx3{,}77\cdot10^{-7}\) с. \(\lambda=3\cdot10^{8}\cdot3{,}77\cdot10^{-7}\approx113\) м.
3. Локатор Дано: \(\lambda=0{,}15\) м, частота посылок \(f=4000\) Гц, \(\tau=2\) мкс \(=2\cdot10^{-6}\) с. Найти: \(N\), \(D\). \[\nu=\frac{c}{\lambda}=2\cdot10^{9}\ \text{Гц},\qquad N=\nu\tau=4000\] Пока идёт пауза \(T=1/f=2{,}5\cdot10^{-4}\) с, эхо должно вернуться: \(2D=cT\). \[D=\frac{cT}{2}=\frac{3\cdot10^{8}\cdot2{,}5\cdot10^{-4}}{2}=37{,}5\ \text{км}\]
4 и 9. Разность фаз Дано: \(v=360\) м/с, \(\nu=450\) Гц, \(\Delta x=2\) м. Найти: \(\Delta\varphi\). \[\lambda=\frac{v}{\nu}=0{,}8\ \text{м},\qquad \Delta\varphi=2\pi\frac{\Delta x}{\lambda}=2\pi\cdot\frac{2}{0{,}8}=5\pi\ \text{рад}\] \(5\pi\) по модулю \(2\pi\) — это \(\pi\), значит точки колеблются в противофазах.
5. Волна на воде Дано: \(t=20\) с, \(N=30\), \(\lambda=1{,}8\) м. Найти: \(v\). \[T=\frac{t}{N}=\frac{2}{3}\ \text{с},\qquad v=\frac{\lambda}{T}=\frac{1{,}8\cdot30}{20}=2{,}7\ \text{м/с}\]
6. Две волны Дано: \(\lambda=300\) м (электромагнитная), \(\nu_{зв}=2000\) Гц. Найти: \(N\). \[\nu_{эм}=\frac{c}{\lambda}=10^{6}\ \text{Гц},\quad T_{эм}=10^{-6}\ \text{с};\qquad T_{зв}=\frac{1}{2000}=5\cdot10^{-4}\ \text{с}\] \[N=\frac{T_{зв}}{T_{эм}}=\frac{5\cdot10^{-4}}{10^{-6}}=500\]
7. Плотность потока Дано: \(E=5\) В/м. Найти: \(I\). \[I=\frac{1}{2}\varepsilon_0 c E^{2}=0{,}5\cdot8{,}85\cdot10^{-12}\cdot3\cdot10^{8}\cdot25\approx3{,}3\cdot10^{-2}\ \text{Вт/м}^2\]
8. Длина волны из уравнения тока Дано: \(i=0{,}3\cos(4\cdot10^{5}\pi t)\). Найти: \(\lambda\). \[\omega=4\cdot10^{5}\pi\ \text{рад/с}\ \Rightarrow\ \nu=\frac{\omega}{2\pi}=2\cdot10^{5}\ \text{Гц}\] \[\lambda=\frac{c}{\nu}=\frac{3\cdot10^{8}}{2\cdot10^{5}}=1500\ \text{м}\]
10. Разность фаз на воде Дано: \(v=2{,}4\) м/с, \(\nu=2\) Гц, \(\Delta x=1{,}4\) м. Найти: \(\Delta\varphi\). \[\lambda=\frac{v}{\nu}=1{,}2\ \text{м},\qquad \Delta\varphi=2\pi\frac{1{,}4}{1{,}2}=\frac{7\pi}{3}\ \text{рад}\] \[\frac{7\pi}{3}-2\pi=\frac{\pi}{3}\ \text{рад}\ (60^\circ)\]
Что здесь главное: почти вся работа держится на трёх связях — \(\lambda=v/\nu\) (или \(\lambda=cT\)), \(\Delta\varphi=2\pi\Delta x/\lambda\) и \(T=2\pi\sqrt{LC}\) для контура. Если запомнить их, любая похожая задача решается в два действия.